冰河时期的史前巨兽
真猛玛象（woolly mammoths）是大象的近亲，学名 Mammuthus primigenius，在冰河时期纵横于西伯利亚、白令地区与北美洲北部；然而当冰河时期结束，进入全新世后，随着气候变暖，加上人为猎捕，绝大部分真猛玛象陆续消失。
亚洲与美洲大陆上的真猛玛象，一万年前已全数灭绝，不过仍有少数残存在与大陆分隔的外岛。面积 7600 平方公里（台湾约为 36000 平方公里），位于北冰洋的弗兰格尔岛（Wrangel）上仍有一些真猛玛象存在，一直到 3700 年前才全数灭绝。
由于冰天雪地的环境，使得部分真猛玛象即使去世多年，DNA 仍能完整保存，提供古代遗传学宝贵的研究材料。在 2015 年的论文研究中，科学家定序了 2 头真猛玛象的完整基因组，让我们对这种已灭绝多时的史前巨兽，有更多的认识 [1]。
真猛玛象遗传史
来自西伯利亚，亚洲大陆东北部 Oimyakon 的样本，距今约 45000 年，那时真猛玛象还生龙活虎；其拼凑出的基因组品质相当好，覆蓋率（coverage）高达 11.2 x。另一个样本则取自 4300 年前的弗兰格尔岛，亦即岛上真猛玛象灭绝的不久以前，其覆蓋率为 17.1 x。透过可靠的同位素定年结果显示，两个样本间相差 4 万多年，因此可以比较两个基因组间的差异，借此估计突变率，并重建族群的演化历史。
之前研究指出，真猛玛象的粒线体 DNA，可分为两个差异很大的支系，因此分属两种粒线体的个体在亲缘上应该分家许久，甚至能归类为两个不同的种。这回，大陆与小岛上的真猛玛象，刚好分别带有两种不同的粒线体 DNA，然而，用细胞核 DNA 估计的结果指出，牠们大约只在距今 5 到 6 万多年前分家。显然真猛玛象各族群间实际上的遗传分化程度，并不如粒线体 DNA 所显示的那么巨大。
本研究也发现真猛玛象族群经历过两次瓶颈（bottleneck），一次大概发生在 28.5 万年前，原因不明；另一次则是一万多年前，正好就是气候变暖后，真猛玛象大量消失的年代。弗兰格尔岛在冰河时期时与大陆相连，可以与大陆族群互相往来，然而等到冰河时期结束后，弗兰格尔岛正式成为孤立外海的岛，岛上不再有机会接触到别的族群（而且其他地方的象也都灭绝了）。所以，这一小群存在岛上的真猛玛象，牠们的遗传品质也曾经受到负面影响吗？
岛上被定序的真猛玛象，与其他族群分隔至少有 6000 年之久，也显示出近亲交配的迹象，不过岛象族群内的遗传多样性，倒是没有太过夸张的低。估计弗兰格尔岛族群的 DNA 多样性，大约与人类（人类数目极大是最近扩张的结果，数万年前历经的瓶颈，使全人类彼此间的遗传多样性，跟其他生物相比并不算高）、巴诺布猿、东部低地大猩猩，以及西部黑猩猩相当，还比狮子、老虎、北极熊等如今濒临绝种的动物更高。
真猛玛象散步图，来源：By Charles Robert Knight – http://io9.com/5891441/celebrating-charles-r-knight-the-artist-who-first-brought-dinosaurs-and-megafauna-to-life, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/
小岛上最后的真猛玛象，基因缺损严重
有演化理论预测，小族群由于择偶时的选择对象有限，有害突变容易累积在基因库中，不易被天择排除。2017 年发表的论文，深入分析了两个不同年代与族群状况下的真猛玛象基因组 [2]。
弗兰格尔岛上的象比起 Oimyakon 大陆上的象，基因组中各式缺失的数量较多。例如：突变产生终止密码子使基因提早结束表现，在岛象基因组中有 819 起，大陆象却只有 503 个；另外大陆象的 DNA 删除（deletion）是 21346 个，岛象则有 27228 个。
弗兰格尔岛象缺失的基因中（考量到牠是一位长大成象的个体，因此牠的任何突变，也许对生存不利，却皆不至于严重到致死），FOXQ1 基因同时具备两种缺损（象跟人一样都有两条染色体），一条染色体上的 FOXQ1 整段 DNA 不见，另一条发生了移码突变（frameshift mutation），使基因无法制造正确的蛋白质，让牠的 FOXQ1 成了假基因（pseudogene）。
FOXQ1 丧失对象会造成什么影响，因缺乏资料并不清楚，不过同样的遗传缺失，会让老鼠的毛变得半透明（satin coat）。假如真猛玛象跟老鼠的性状一样，那么在寒冷的环境中，此突变对象的生存将有负面影响，因此算是有害突变。
该论文还发现，岛象基因组中有大批嗅觉受器（olfactory receptor），还有群与尿蛋白（urinary protein）有关的基因丧失。为什么？一个可能是随机因素造成；另一种解释是，弗兰格尔岛上环境缺乏大型掠食者，族群象口也不多，因此这些与社交、择偶、躲避敌人关系密切的基因，由于失去功能而变得更容易丢失。
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同样是真猛玛象，大陆族群是岛上的 43 倍大，牠们间的遗传差异符合演化理论的预期。演化理论认为，会降低生存或繁衍后代机率的有害突变，在正常族群中比较容易被天择淘汰，保留在族群中的频率不会很高；但是在小族群中，由于择偶对象有限，有害突变会有更高的机率保留在基因库中，所以小族群中的个体，会带有更多遗传缺失，而这正是岛象基因组观察到的情况。
一系列真猛玛象的研究，也对保育生物学有所启发。在失去与其他族群遗传交流的机会后，不过区区 6000 年，岛上最后的真猛玛象，基因组已伤痕累累，看似无法继续支撑，也确实是世界上最后的真猛玛象，在数百年后于弗兰格尔岛上绝迹了。
虽然族群数目不大未必会是问题，例如山地大猩猩（mountain gorillas）就以遗传多样性很低的小族群模式生存了十万年之久 [3]。但假如有害变异固定在小族群中，无法被天择排除，那么即使此一物种未来的族群数量能够增加，保留的有害变异仍会对物种生存造成负面影响。这些都是未来在保育濒危物种时，需要注意的部分。
文 / 寒波
参考文献：
1. Palkopoulou, E., Mallick, S., Skoglund, P., Enk, J., Rohland, N., Li, H., … & Reich, D. (2015). Complete genomes reveal signatures of demographic and genetic declines in the woolly mammoth. Current Biology, 25(10), 1395-1400.
2. Rogers, R. L., & Slatkin, M. (2017). Excess of genomic defects in a woolly mammoth on Wrangel island. PLoS Genetics, 13(3), e1006601.
3. Xue, Y., Prado-Martinez, J., Sudmant, P. H., Narasimhan, V., Ayub, Q., Szpak, M., … & De Manuel, M. (2015). Mountain gorilla genomes reveal the impact of long-term population decline and inbreeding. Science, 348(6231), 242-245.
首图来源：
By Flying Puffin – MammutUploaded by FunkMonk, CC BY-SA 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=22770047
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